旋转螺旋驱动湍流在小尺度上的各向同性化

我们提供了数值证据，展示了在具有 Beltrami (ABC) 强迫（产生螺旋流）的旋转湍流中，小尺度上如何发生三维化。惯性时间与涡旋翻转时间相等的 Zeman 尺度 $\ell_{\Omega}$ 比耗散尺度大一个数量级以上，且相关区域（大尺度能量逆级串、能量 $E$ 和螺旋度 $H$ 正向级串中的双重机制区以及耗散区）均得到了适度的分辨。这些结果源于对网格点数为 $3072^3$ 的大型直接数值模拟的分析，其 Rossby 数和 Reynolds 数分别等于 0.07 和 $2.7\times 10^4$。在小于强迫尺度的尺度上，能量和螺旋度谱遵循螺旋波调制的惯性律，并在 $\ell_{\Omega}$ 之后过渡为 $E$ 和 $H$ 的 Kolmogorov 谱。通过观察二维慢流形，我们还表明螺旋度谱在 $\ell_{\Omega}$ 处瓦解，这是小尺度上恢复三维性的明确标志。